DE102020205989A1

DE102020205989A1 - Exhaust gas turbine with at least two separate and rotationally offset inlet ducts

Info

Publication number: DE102020205989A1
Application number: DE102020205989.6A
Authority: DE
Inventors: Christopher Gessenhardt; Dirk Hagelstein; Tobias Czapka
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Eine Abgasturbine umfasst ein Gehäuse 14 und ein Turbinenlaufrad 11, wobei das Turbinenlaufrad 11 in einem von dem Gehäuse 14 begrenzten Aufnahmeraum drehbar um eine Rotationsachse 17 angeordneten ist. Das Gehäuse 14 begrenzt weiterhin mindestens zwei separierte Einlasskanäle 16, die jeweils einen den Aufnahmeraum umschlingenden und in den Aufnahmeraum mündenden Volutenabschnitt 18 aufweisen, wobei die Volutenabschnitte 18 jeweils eine Einlassöffnung für ein Einströmen von Abgas ausbilden. Jeweils eine Mündungsöffnung, die in dem Übergang zwischen dem Volutenabschnitt 18 des jeweiligen Einlasskanals 16 und dem Aufnahmeraum angeordnet ist, umgibt das Turbinenlaufrad 11 über einen Winkel von mindestens 300° und vorzugsweise von 360°. Weiterhin sind die Einlassöffnungen der Volutenabschnitte 18 um mindestens 90° und vorzugsweise um 180° rotatorisch versetzt zueinander angeordnet. Durch die relativ große und insbesondere vollumfängliche Erstreckung der Mündungsöffnungen umfangsseitig des Aufnahmeraums wird eine möglichst große Durchlässigkeit der Abgasturbine realisiert. Durch den großen und insbesondere um 180° vorgesehenen rotatorischen Versatz der Einlassöffnungen kann gleichzeitig eine möglichst große Lauflänge für in die verschiedenen Einlasskanäle 16 einströmende Abgasstöße realisiert werden.An exhaust gas turbine comprises a housing 14 and a turbine runner 11, the turbine runner 11 being arranged in a receiving space delimited by the housing 14 so as to be rotatable about an axis of rotation 17. The housing 14 further delimits at least two separate inlet channels 16, each of which has a volute section 18 wrapping around the receiving space and opening into the receiving space, the volute sections 18 each forming an inlet opening for exhaust gas to flow in. In each case one mouth opening, which is arranged in the transition between the volute section 18 of the respective inlet channel 16 and the receiving space, surrounds the turbine runner 11 over an angle of at least 300 ° and preferably 360 °. Furthermore, the inlet openings of the volute sections 18 are arranged rotatably offset from one another by at least 90 ° and preferably by 180 °. As a result of the relatively large and in particular full circumferential extension of the mouth openings on the circumferential side of the receiving space, the greatest possible permeability of the exhaust gas turbine is achieved. As a result of the large rotational offset of the inlet openings, which is provided in particular by 180 °, at the same time the greatest possible running length can be achieved for exhaust gas impulses flowing into the various inlet channels 16.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasturbine. Die Abgasturbine kann insbesondere Bestandteil eines Abgasturboladers sein, durch den eine Aufladung der Brennkraftmaschine realisiert werden soll.The invention relates to an exhaust gas turbine and an internal combustion engine with such an exhaust gas turbine. The exhaust gas turbine can in particular be part of an exhaust gas turbocharger, by means of which the internal combustion engine is to be charged.

Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit Verbrennungsmotoren, die mehrere Brennräume aufweisen, kann eine einfache Abgasflut des Abgasstrangs, die die Brennräume mit der Abgasturbine verbindet, zu einem sogenannten Übersprechen eines Abgasstoßes von aus einem der Brennräume ausgestoßenen Abgas auf die anderen Brennräume führen. Dies kann vor allem bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit erhöhter Last zu einer unerwünschten Beeinflussung des Betriebsverhaltens führen, da es zu einem Rückströmen von Abgas aus der Abgasflut in die Brennräume kommen kann. Dies kann mit einer erhöhten Restgasrate in diesen Brennräumen und somit beispielsweise bei Ottomotoren mit einer erhöhten Klopfneigung und daraus folgend mit einer Reduzierung des Verbrennungswirkungsgrads und des erzeugbaren Drehmoments verbunden sein. Dieses Problem des Übersprechens stellt sich insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren Verbrennungsmotoren vier oder mehr Brennräume aufweisen, da sich mit zunehmender Anzahl an Brennräumen die Zündfolge, mit der die Verbrennungsprozesse in diesen Brennräumen eingeleitet werden, verkürzt, was den Effekt verstärkt, dass der Abgasstoß aus einem Brennraum sich noch in der Abgasflut als Druckwelle ausbreitet, wenn die Auslassventile zumindest eines anderen der Brennräume bereits oder noch geöffnet sind.In the case of supercharged internal combustion engines with internal combustion engines that have several combustion chambers, a simple flood of exhaust gas from the exhaust system, which connects the combustion chambers with the exhaust gas turbine, can lead to a so-called crosstalk of an exhaust surge from exhaust gas emitted from one of the combustion chambers to the other combustion chambers. Especially when the internal combustion engine is operated with increased load, this can have an undesirable effect on the operating behavior, since exhaust gas can flow back from the exhaust gas flow into the combustion chambers. This can be associated with an increased residual gas rate in these combustion chambers and thus, for example, in gasoline engines with an increased tendency to knock and consequently with a reduction in the combustion efficiency and the torque that can be generated. This problem of crosstalk arises in particular in internal combustion engines whose internal combustion engines have four or more combustion chambers, since the ignition sequence with which the combustion processes are initiated in these combustion chambers is shortened as the number of combustion chambers increases, which increases the effect that the exhaust gas surge from one Combustion chamber still propagates in the exhaust gas flow as a pressure wave when the exhaust valves of at least one of the other combustion chambers are already or still open.

Eine Möglichkeit, ein solches Übersprechen zu minimieren, liegt darin, den sich an die Brennräume anschließenden Abschnitt des Abgasstrangs mehrflutig auszubilden, wobei auch vorgesehen sein kann, die separierten Abgasfluten dieses Abschnitts des Abgasstrangs bis zu der Abgasturbine zu führen, wodurch möglichst große Lauflängen für die aus den einzelnen Brennräumen stammenden Abgasstöße realisiert werden. Relativ große Lauflängen für die Abgasstöße führen zu einer zeitlichen Verzögerung des Auftreffens der Abgasstöße beziehungsweise der aus diesen folgenden Druckwellen auf die andere(n) Abgasflut(en) und die damit abgasführend verbundenen Brennräume sowie zu einer Verringerung des Maximaldrucks der Abgasstöße bei dem Auftreffen auf die anderen andere(n) Abgasflut(en) infolge von Strömungsverlusten über den Lauflängen.One possibility of minimizing such crosstalk is to design the section of the exhaust gas tract that adjoins the combustion chambers with multiple flows, whereby provision can also be made for the separated exhaust gas flows of this section of the exhaust gas tract to be routed to the exhaust gas turbine, whereby the longest possible run lengths for the Exhaust impacts originating from the individual combustion chambers can be realized. Relatively long run lengths for the exhaust impacts lead to a time delay in the impact of the exhaust impacts or the pressure waves resulting from them on the other exhaust gas flow (s) and the combustion chambers connected to it, as well as a reduction in the maximum pressure of the exhaust impacts when they hit the other other exhaust gas flood (s) as a result of flow losses over the run lengths.

Besonders weitgehend lassen sich die Lauflängen von Abgasstößen maximieren, wenn die Separierung der über die mehreren Abgasfluten geführten Abgasströme noch in dem Einlasskanal der Abgasturbine und damit bis zum Erreichen des Turbinenlaufrads der Abgasturbine aufrecht gehalten wird. Dies ist beispielsweise durch die Verwendung sogenannter TwinScroll- oder DualVolute-Abgasturbinen möglich.The running lengths of exhaust gas surges can be maximized to a particularly large extent if the separation of the exhaust gas flows guided via the multiple exhaust gas flows is maintained in the inlet duct of the exhaust gas turbine and thus until the turbine impeller of the exhaust gas turbine is reached. This is possible, for example, by using so-called TwinScroll or DualVolute exhaust gas turbines.

TwinScroll-Abgasturbinen können dabei zwei separierte Einlasskanäle aufweisen, die in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse des Turbinenlaufrads nebeneinander angeordnet sind und die das Turbinenlaufrad vollumfänglich umschlingen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Mündungsöffnungen dieser separierten Einlasskanäle, über die diese in einen das Turbinenlaufrad aufnehmenden Aufnahmeraum der Abgasturbine übergehen, das Turbinenlaufrad vollumfänglich umgeben. Dadurch sind die Öffnungsflächen in den Übergängen zwischen den Einlasskanälen und dem Aufnahmeraum maximiert, was zu einer möglichst großen Durchlässigkeit der Abgasturbine beziehungsweise zu einem relativ kleinen Strömungswiderstand für die von den Einlasskanälen in den Aufnahmeraum überströmenden Abgasströme führt. Nachteilig an solchen TwinScroll-Abgasturbinen ist jedoch die üblicherweise benachbarte beziehungsweise nebeneinander liegende Anordnung der Einlassöffnungen der Einlasskanäle, über die die Abgasströme in die das Turbinenlaufrad umschlingenden (Voluten-)Abschnitte der Einlasskanäle einströmt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass es im Bereich dieser nebeneinander liegenden Einlassöffnungen zu einem quasi-direkten Überströmen von Abgas über die zu den Einlassöffnungen nächstgelegenen Abschnitte der Mündungsöffnungen kommen kann. Die Strömungswege über die eigentliche separierten Volutenabschnitte der Einlasskanäle kann dadurch nicht in einem relevanten Maß für eine Vergrößerung der Lauflängen der Abgasstöße genutzt werden.TwinScroll exhaust gas turbines can have two separate inlet ducts which are arranged next to one another in the axial direction with respect to the axis of rotation of the turbine runner and which wrap around the turbine runner completely. It can also be provided that the mouth openings of these separated inlet ducts, via which they merge into a receiving space of the exhaust gas turbine that accommodates the turbine wheel, completely surround the turbine wheel. As a result, the opening areas in the transitions between the inlet channels and the receiving space are maximized, which leads to the greatest possible permeability of the exhaust gas turbine or to a relatively small flow resistance for the exhaust gas flows overflowing from the inlet channels into the receiving space. A disadvantage of such TwinScroll exhaust gas turbines, however, is the usually adjacent or juxtaposed arrangement of the inlet openings of the inlet channels, via which the exhaust gas flows into the (volute) sections of the inlet channels that wrap around the turbine impeller. This is because it has been shown that in the area of these adjoining inlet openings there can be a quasi-direct overflow of exhaust gas via the sections of the mouth openings closest to the inlet openings. The flow paths via the actual separated volute sections of the inlet channels can therefore not be used to a relevant extent for increasing the length of the exhaust gas impacts.

Dieser Nachteil wird bei DualVolute-Abgasturbinen dadurch vermieden, dass die Mündungsöffnungen, über die die Einlasskanäle in den das Turbinenlaufrad aufnehmenden Aufnahmeraum übergehen, rotatorisch bezüglich der Rotationsachse des Turbinenlaufrads versetzt (insbesondere um 180°) zueinander angeordnet sind. Ein quasi direktes Überströmen von Abgasstößen im Bereich der Einlassöffnungen der Einlasskanäle kann dadurch vermieden werden. Nachteilig an solchen DualVolute-Abgasturbine ist jedoch die verringerte Durchlässigkeit, da eine rotatorisch versetzte Anordnung der Mündungsöffnungen bedingt, diese relativ klein auszubilden.In DualVolute exhaust gas turbines, this disadvantage is avoided in that the orifice openings, via which the inlet channels merge into the receiving space that accommodates the turbine runner, are arranged rotatably offset relative to the axis of rotation of the turbine runner (in particular by 180 °) to one another. A quasi-direct overflow of exhaust gas surges in the area of the inlet openings of the inlet ducts can thereby be avoided. A disadvantage of such dual-volute exhaust gas turbines, however, is the reduced permeability, since a rotationally offset arrangement of the orifices makes them relatively small.

Die DE 10 2008 020 406 A1 offenbart verschiedene Ausgestaltungen von Abgasturbinen, von denen eine prinzipiell einer TwinScroll- und die andere prinzipiell einer DualVolute-Abgasturbine entspricht, jedoch jeweils mit der Besonderheit, dass die zwei Einlasskanäle das dazugehörige Turbinenlaufrad mit unterschiedlich großen Winkeln umschlingen.the DE 10 2008 020 406 A1 discloses various designs of exhaust gas turbines, one of which corresponds in principle to a TwinScroll and the other in principle corresponds to a DualVolute exhaust gas turbine, but each with the special feature that the two inlet channels wrap around the associated turbine runner at different angles.

Die DE 10 2010 022 092 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Turbinengehäuses einer zweiflutigen Abgasturbine.the DE 10 2010 022 092 A1 describes a method for producing a turbine housing for a twin-flow exhaust gas turbine.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbine anzugeben, mittels der bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Abgasfluten eine möglichst große Lauflänge für Abgasstöße realisiert werden kann, wobei die Abgasturbine gleichzeitig eine möglichst große Durchlässigkeit aufweisen soll.The invention was based on the object of specifying an exhaust gas turbine by means of which, in an internal combustion engine with several exhaust gas flows, the greatest possible running length for exhaust gas surges can be achieved, the exhaust gas turbine simultaneously having the greatest possible permeability.

Diese Aufgabe ist bei einer Abgasturbine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasturbine ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Abgasturbine und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved in an exhaust gas turbine according to claim 1. An internal combustion engine with such an exhaust gas turbine is the subject matter of claim 6. Advantageous embodiments of the exhaust gas turbine according to the invention and the internal combustion engine according to the invention are the subject matter of the further patent claims and / or result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist eine Abgasturbine mit einem Gehäuse und einem Turbinenlaufrad vorgesehen, wobei das Turbinenlaufrad in einem von dem Gehäuse begrenzten Aufnahmeraum drehbar um eine Rotationsachse angeordneten ist. Das Gehäuse begrenzt weiterhin mindestens und vorzugsweise exakt zwei (voneinander) separierte Einlasskanäle, die jeweils einen den Aufnahmeraum (zumindest teilweise) umschlingenden und in den Aufnahmeraum mündenden Volutenabschnitt aufweisen, wobei die (axial benachbart angeordneten) Volutenabschnitte jeweils eine Einlassöffnung für ein Einströmen von Abgas in den jeweiligen Volutenabschnitt ausbilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils eine Mündungsöffnung, die in dem Übergang zwischen dem Volutenabschnitt des jeweiligen Einlasskanals und dem Aufnahmeraum angeordnet ist, das Turbinenlaufrad über einen Winkel (bezogen auf die Rotationsachse) von mindestens 300°, vorzugsweise von mindestens 330° und besonders bevorzugt von 360° (d.h. vollumfänglich) umgibt und dass die Einlassöffnungen der Volutenabschnitte der zwei Einlasskanäle um eine Winkel bezüglich der Rotationsachse von mindestens 90°, vorzugsweise von mindestens 120° und besonders bevorzugt von 180° rotatorisch versetzt angeordnet sind.According to the invention, an exhaust gas turbine with a housing and a turbine runner is provided, the turbine runner being arranged in a receiving space delimited by the housing so as to be rotatable about an axis of rotation. The housing further delimits at least and preferably exactly two (from one another) separated inlet channels, each of which has a volute section (at least partially) wrapping around the receiving space and opening into the receiving space, the (axially adjacent) volute sections each having an inlet opening for exhaust gas to flow into form the respective volute section. According to the invention it is provided that in each case one mouth opening, which is arranged in the transition between the volute section of the respective inlet channel and the receiving space, the turbine runner over an angle (based on the axis of rotation) of at least 300 °, preferably of at least 330 ° and particularly preferably of 360 ° (ie completely) and that the inlet openings of the volute sections of the two inlet channels are arranged rotatably offset by an angle with respect to the axis of rotation of at least 90 °, preferably of at least 120 ° and particularly preferably of 180 °.

Eine solche Abgasturbine kombiniert die Vorteile der bekannten TwinScroll- und DualVolute-Abgasturbinen, denn durch die relativ große und insbesondere vollumfängliche Erstreckung der Mündungsöffnungen umfangsseitig des Turbinenlaufrads wird eine möglichst große Durchlässigkeit der Abgasturbine realisiert, wie dies grundsätzlich auch bei einer TwinScroll-Abgasturbine realisiert sein kann. Durch den großen und insbesondere um 180° (und damit maximal) vorgesehenen rotatorischen Versatz der Einlassöffnungen kann gleichzeitig eine möglichst große Lauflänge für Abgasstöße, die in die verschiedenen Einlasskanäle einströmen, realisiert werden, da diese zunächst den Volutenabschnitt des jeweiligen Einlasskanals oder das Turbinenlaufrad über dem jeweiligen halben Umfang durchströmen müssen, bevor ein Austritt aus der Einlassöffnung des anderen Einlasskanals möglich ist.Such an exhaust gas turbine combines the advantages of the known TwinScroll and DualVolute exhaust gas turbines, because the relatively large and, in particular, full circumferential extension of the mouth openings on the circumference of the turbine impeller enables the exhaust gas turbine to be as permeable as possible, as can basically also be achieved with a TwinScroll exhaust gas turbine . Due to the large and in particular by 180 ° (and thus maximally) provided rotational offset of the inlet openings, at the same time the greatest possible running length for exhaust gas impulses that flow into the various inlet channels can be realized, since these initially cover the volute section of the respective inlet channel or the turbine runner above the must flow through half the circumference before an exit from the inlet opening of the other inlet channel is possible.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, die zumindest einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Brennräumen und einen Abgasstrang mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbine aufweist, wobei die zwei Brennräume des Verbrennungsmotors jeweils über eine separierte Abgasflut mit einer der Einlassöffnungen der Abgasturbine gasführend verbunden sind, kann sich dementsprechend durch ein relativ geringes Übersprechen von Abgasstößen zwischen den verschiedenen Brennräumen auszeichnen, was sich positiv auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors auswirkt.An internal combustion engine according to the invention, which has at least one internal combustion engine with at least two combustion chambers and an exhaust gas line with an exhaust gas turbine according to the invention, the two combustion chambers of the internal combustion engine each being connected to one of the inlet openings of the exhaust gas turbine in a gas-carrying manner via a separate exhaust gas flow, can accordingly be characterized by relatively low crosstalk of exhaust gas surges between the different combustion chambers, which has a positive effect on the operating behavior of the internal combustion engine.

Sofern dabei, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine mehr als zwei Brennräume aufweist, von denen mindestens zwei einer gemeinsamen Abgasflut zugeordnet sind, sollte vorzugsweise eine die Zündfolge des Verbrennungsmotors berücksichtigende Aufteilung der Brennräume auf die verschiedenen Abgasfluten erfolgen. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier Brennräume mit einer definierten Zündfolge aufweist, wobei eine erste Gruppe der Brennräume, die mindestens zwei Brennräume umfasst, mit einer ersten der Abgasfluten verbunden ist und eine zweite Gruppe der Brennräume (die auch nur einen Brennraum umfassen kann) mit einer zweiten der Abgasfluten verbunden ist und wobei mehrere Brennräume mindestens einer oder jeder der Gruppen hinsichtlich der Zündfolge durch einen oder mehrere Brennräume der jeweiligen anderen Gruppe separiert sind.If, as is preferably provided, the internal combustion engine has more than two combustion chambers, of which at least two are assigned to a common exhaust gas flow, the combustion chambers should preferably be divided into the various exhaust gas flows taking into account the ignition sequence of the internal combustion engine. Accordingly, it can be provided that the internal combustion engine has at least three, preferably at least four, combustion chambers with a defined ignition sequence, a first group of the combustion chambers, which includes at least two combustion chambers, being connected to a first of the exhaust gas flows and a second group of the combustion chambers (which are also may include only one combustion chamber) is connected to a second of the exhaust gas flows and wherein several combustion chambers of at least one or each of the groups are separated with regard to the ignition sequence by one or more combustion chambers of the respective other group.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine exakt zwei Abgasfluten aufweist, weil dadurch, insbesondere in Kombination mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbine und einer die Zündfolge berücksichtigenden Aufteilung der Brennräume auf die Abgasfluten, ein Übersprechen zwischen den Brennräumen ausreichend unterdrückt werden kann. Der konstruktiv größere Aufwand, der mit einer Ausgestaltung des Abgasstrangs mit mehr als zwei Abgasfluten einhergehen würde, kann dadurch vermieden werden.Particularly preferably, it can be provided that the internal combustion engine has exactly two exhaust gas flows because this, in particular in combination with an exhaust gas turbine according to the invention and a division of the combustion chambers into the exhaust gas flows taking into account the ignition sequence, can sufficiently suppress crosstalk between the combustion chambers. The greater structural effort that would be associated with a configuration of the exhaust gas line with more than two exhaust gas flows can be avoided in this way.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Abgasturbine kann vorgesehen sein, dass die Volutenabschnitte den Aufnahmeraum jeweils vollumfänglich umgeben, so dass diese jeweils als in sich geschlossene Ringkanäle ausgebildet sind. Für die bevorzugte Ausgestaltungsform, bei der die Mündungsöffnungen über einen Winkel von 360° den Aufnahmeraum umgeben, kann diese Ausgestaltung grundsätzlich erforderlich sein. Ein vollumfängliches Umschlingen des Aufnahmeraums durch die Volutenabschnitte kann sich jedoch auch strömungstechnisch dann vorteilhaft auswirken, wenn die Mündungsöffnungen kleiner (als vollumfänglich umgebend) ausgebildet sind.According to a preferred embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention, it can be provided that the volute sections each completely surround the receiving space, see above that these are each designed as self-contained ring channels. For the preferred embodiment, in which the mouth openings surround the receiving space over an angle of 360 °, this embodiment can in principle be necessary. A complete looping around the receiving space by the volute sections can, however, also have an advantageous effect in terms of flow when the orifice openings are designed to be smaller (than completely surrounding them).

Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Abgasturbine können die Einlassöffnungen im Bereich eines Übergangs eines Einlassabschnitts des jeweiligen Einlasskanals in den dazugehörigen Volutenabschnitt angeordnet sein, wobei die Einlassabschnitte weiterhin bevorzugt tangential in den jeweils zugehörigen Volutenabschnitt übergehen. Auch diese Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasturbine kann sich vorteilhaft hinsichtlich der Strömungsführung der Abgasströme innerhalb der Einlasskanäle auswirken.According to a further preferred embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention, the inlet openings can be arranged in the area of a transition of an inlet section of the respective inlet channel into the associated volute section, the inlet sections further preferably merging tangentially into the respective associated volute section. This embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention can also have an advantageous effect with regard to the flow guidance of the exhaust gas flows within the inlet ducts.

Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor oder um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder um eine Kombination aus Diesel- und Ottomotor, z.B. um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handeln. Der Verbrennungsmotor kann dabei grundsätzlich mit einem beliebigen Kraftstoff, der überwiegend aus Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen besteht, insbesondere mit einem derzeit üblichen Flüssigkraftstoff (d.h. mit Diesel-Kraftstoff oder Benzin) oder mit einem bei Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff (insbesondere mit Erdgas (CNG), LNG, LPG oder Wasserstoff) betrieben werden beziehungsweise betreibbar sein.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can be a (self-igniting and quality-controlled) diesel engine or a (externally ignited and quantity-controlled) Otto engine or a combination of diesel and Otto engine, e.g. an internal combustion engine with homogeneous compression ignition. In principle, the internal combustion engine can be operated with any fuel, which consists predominantly of hydrogen and / or hydrocarbons, in particular with a currently common liquid fuel (i.e. with diesel fuel or gasoline) or with a fuel that is gaseous under ambient conditions (in particular with natural gas (CNG), LNG, LPG or hydrogen) can be operated or be operable.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann grundsätzlich weiterhin einen Frischgasstrang umfassen, mittels dessen den Brennräumen des Verbrennungsmotors Frischgas zugeführt werden kann. Das Frischgas kann dann in den Brennräumen oder bereits zuvor mit einem Kraftstoff vermischt werden, um zündfähige Frischgas-Kraftstoff-Gemischmengen auszubilden. Der Verbrennungsmotor kann insbesondere aufgeladen sein und demnach einen in den Frischgasstrang integrierten Frischgasverdichter zur Verdichtung des Frischgases aufweisen. Der Frischgasverdichter und die Abgasturbine einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können dabei insbesondere Komponenten eines Abgasturboladers sein, bei dem eine Rotation des Turbinenlaufrads der Abgasturbine direkt oder indirekt, insbesondere über eine Welle, auf ein Verdichterlaufrad des Frischgasverdichters übertragen werden kann, wobei diese Rotation des Verdichterlaufrads die Verdichtung des Frischgases bewirkt.An internal combustion engine according to the invention can in principle furthermore comprise a fresh gas line, by means of which fresh gas can be supplied to the combustion chambers of the internal combustion engine. The fresh gas can then be mixed with a fuel in the combustion chambers or already beforehand in order to form ignitable fresh gas-fuel mixture quantities. The internal combustion engine can in particular be charged and accordingly have a fresh gas compressor integrated into the fresh gas line for compressing the fresh gas. The fresh gas compressor and the exhaust gas turbine of an internal combustion engine according to the invention can in particular be components of an exhaust gas turbocharger in which a rotation of the turbine impeller of the exhaust gas turbine can be transmitted directly or indirectly, in particular via a shaft, to a compressor impeller of the fresh gas compressor, this rotation of the compressor impeller compressing the Fresh gas causes.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in zumindest teilweise vereinfachter Darstellung:

1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
2: einen Teil eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Abgasturbine in einer perspektivischen Ansicht;
3: den Teil des Gehäuses gemäß der 2 und das Turbinenlaufrad der Abgasturbine in einer ersten Seitenansicht;
4: den Teil des Gehäuses gemäß der 2 und das Turbinenlaufrad der Abgasturbine in einer zweiten Seitenansicht;
5: in einem Diagramm beispielhafte Verläufe von Betriebsparametern einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und entsprechende Verläufe für eine vergleichbare Brennkraftmaschine mit einer konventionellen Abgasturbine.

The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. The drawings show, each in an at least partially simplified representation:

1 : an internal combustion engine according to the invention;
2 : a part of a housing of an exhaust gas turbine according to the invention in a perspective view;
3 : the part of the housing according to the 2 and the turbine wheel of the exhaust gas turbine in a first side view;
4th : the part of the housing according to the 2 and the turbine wheel of the exhaust gas turbine in a second side view;
5 : in a diagram exemplary courses of operating parameters of an internal combustion engine according to the invention and corresponding courses for a comparable internal combustion engine with a conventional exhaust gas turbine.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor 1, der als Hubkolbenmotor mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 2 ausgebildet ist. Die Zylinder 2 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben 3 und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume 4, in denen im Betrieb der Brennkraftmaschine Frischgas (primär Luft, ggf. mit rückgeführtem Abgas) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird. Der Kraftstoff kann dabei, gesteuert durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt), mittels Injektoren (nicht dargestellt) direkt in die Brennräume 4 eingespritzt werden. Das Verbrennen der Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen führt zu zyklischen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Kolben 3, die wiederum in bekannter Weise über nicht dargestellte Pleuel (nicht dargestellt) auf eine ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen werden, wodurch die Kurbelwelle rotierend angetrieben wird.the 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention with an internal combustion engine 1 , the piston engine with four cylinders arranged in series 2 is trained. The cylinders 2 limit together with the piston guided up and down in it 3 and a cylinder head (not shown) combustion chambers 4th , in which fresh gas (primarily air, possibly with recirculated exhaust gas) is burned together with fuel during operation of the internal combustion engine. The fuel can be controlled by a control device (not shown), by means of injectors (not shown) directly into the combustion chambers 4th be injected. The combustion of the fuel / fresh gas mixture amounts to cyclical upward and downward movements of the pistons 3 which in turn are transmitted in a known manner via connecting rods (not shown) to a crankshaft, also not shown, whereby the crankshaft is driven to rotate.

Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 1 über einen Frischgasstrang 5 zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung aus der Umgebung angesaugt und anschließend in einen Frischgasverdichter 6, der Teil eines Abgasturboladers ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Frischgasverdichters 6 verdichtet, anschließend optional in einem Ladeluftkühler (nicht dargestellt) abgekühlt und mittels Einlassventilen 7 zeitlich gesteuert und dosiert den Brennräumen 4 zugeführt. Der Antrieb des Frischgasverdichters 6 erfolgt mittels einer Abgasturbine 8 des Abgasturboladers, die in einen Abgasstrang 9 der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung der Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen in den Brennräumen 4 des Verbrennungsmotors 1 entstanden ist, wird zeitlich gesteuert und dosiert mittels Auslassventilen 10, über den Abgasstrang 9 von dem Verbrennungsmotor 1 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 8. Dies führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads 11, das über eine Welle 12 drehfest mit einem Verdichterlaufrad 13 des Frischgasverdichters 6 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads 11 wird dadurch auf das Verdichterlaufrad 13 übertragen.The fresh gas is the internal combustion engine 1 via a fresh gas line 5 and for this purpose sucked in from the environment via an intake port and then into a fresh gas compressor 6th , which is part of an exhaust gas turbocharger, out. The fresh gas is generated by means of the fresh gas compressor 6th compressed, then optionally cooled in a charge air cooler (not shown) and by means of inlet valves 7th timed and dosed the combustion chambers 4th fed. The drive of the fresh gas compressor 6th takes place by means of an exhaust gas turbine 8th of the exhaust gas turbocharger, which is in a Exhaust system 9 the internal combustion engine is integrated. Exhaust gas produced during the combustion of the fuel-fresh gas mixture in the combustion chambers 4th of the internal combustion engine 1 is time-controlled and dosed by means of outlet valves 10 , via the exhaust system 9 from the internal combustion engine 1 discharged and flows through the exhaust gas turbine 8th . In a known manner, this leads to a rotating drive of a turbine impeller 11th that about a wave 12th non-rotatably with a compressor impeller 13th of the fresh gas compressor 6th connected is. The rotating drive of the turbine runner 11th is thereby on the compressor impeller 13th transfer.

Die Einlassventile 7 und/oder die Auslassventile 10 können in bekannter Weise als Tellerventile ausgebildet sein, die, sofern diese nicht aktiv betätigt werden, federbelastet jeweils einen in dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotor 1 ausgebildeten Auslasskanal oder Einlasskanal verschließen. Bei einer Betätigung werden diese dagegen von dem jeweils dazugehörigen Ventilsitz abgehoben, wodurch die dazugehörigen Auslass- oder Einlasskanäle temporär freigegeben werden. Eine Betätigung der Einlassventile 7 und/oder der Auslassventile 10 kann insbesondere in herkömmlicher Weise mittels einer oder mehrerer, insbesondere mittels zwei Nockenwellen (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 1 erfolgen.The inlet valves 7th and / or the exhaust valves 10 can be designed in a known manner as poppet valves which, if they are not actively actuated, spring-loaded one in each case in the cylinder head of the internal combustion engine 1 close formed outlet channel or inlet channel. When actuated, on the other hand, they are lifted from the associated valve seat, whereby the associated outlet or inlet channels are temporarily released. An actuation of the inlet valves 7th and / or the exhaust valves 10 can in particular in a conventional manner by means of one or more, in particular by means of two camshafts (not shown) of the internal combustion engine 1 take place.

Stromab des Frischgasverdichters 6 kann in die Ladeluftstrecke, d.h. in den zwischen dem Frischgasverdichter 6 und dem Verbrennungsmotor 1 gelegenen Abschnitt des Frischgasstrangs 5, eine ebenfalls mittels der Steuerungsvorrichtung ansteuerbare Regelklappe (nicht dargestellt) integriert sein.Downstream of the fresh gas compressor 6th can in the charge air line, ie in the one between the fresh gas compressor 6th and the internal combustion engine 1 located section of the fresh gas line 5 , a regulating flap (not shown) that can also be controlled by means of the control device can be integrated.

Die Abgasturbine 8 umfasst ein Gehäuse 14, das u.a. mit einem nicht dargestellten Gehäuseabschnitt einen Aufnahmeraum 15 begrenzt, innerhalb dessen das Turbinenlaufrad 11 drehbar um eine Rotationsachse 17 gelagert ist (vgl. 3 und 4). Das Gehäuse 14 begrenzt weiterhin zwei separierte Einlasskanäle 16, die jeweils einen ringförmigen Volutenabschnitt 18 umfassen, der den Aufnahmeraum 15 vollumfänglich umgibt, wobei die Volutenabschnitte 18 radial innenliegend vollumfänglich in den Aufnahmeraum 15 übergehen, so dass zwischen den einzelnen Volutenabschnitten 18 und dem Aufnahmeraum 15 jeweils eine ringförmig umlaufend Mündungsöffnung 19 ausgebildet ist. Die Einlasskanäle 16 umfassen weiterhin jeweils einen zumindest in dem Übergang in den dazugehörigen Volutenabschnitt 18 in etwa geradlinig verlaufenden Einlassabschnitt 20, der tangential in den dazugehörigen Volutenabschnitt 18 übergeht, wobei im Bereich dieses Übergangs jeweils eine Einlassöffnung (nicht sichtbar) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einlassabschnitte 20 und insbesondere auch die dazugehörigen Einlassöffnungen der beiden Einlasskanäle 16 um 180° rotatorisch versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass ein Abgasstoß, der aus einem der Brennräume 4 des Verbrennungsmotors 1 ausgestoßen wurde und der über eine dazugehörige Abgasflut 21 in einen der Einlasskanäle 16 geströmt ist, den dazugehörigen Volutenabschnitt 18 und/oder das Turbinenlaufrad 11 halbumfänglich durchströmen muss, bevor sich dieser infolge eines entsprechenden, temporären Druckgefälles in den Einlassabschnitt 20 des anderen Einlasskanals 16 und von diesem über eine dazugehörige Abgasflut 21 des Abgasstrangs 9 in zumindest einen der anderen Brennräume 4 ausbreiten kann (vgl. die in der 3 eingezeichnete Strömungsführung). Durch solche relativ große Lauflängen für aus den Brennräumen 4 des Verbrennungsmotors 1 ausgestoßene Abgasstöße kann das sogenannte Übersprechen zwischen den Brennräumen 4 möglichst minimiert werden. Dies ist darin begründet, dass die Druckwelle eines aus einem der Brennräume 4 stammenden, zu einem oder mehreren anderen Brennräumen 4 zurückströmenden Abgasstoßes erst dann auf die Auslassventile 10 dieses Brennraums 4 oder dieser Brennräume 4 auftrifft, wenn diese Auslassventile 10 (bereits wieder oder noch) relativ weitgehend oder vollständig geschlossen sind. Zudem führen relativ große Lauflängen für die Abgasstöße dazu, dass sich die entsprechenden Druckwellen infolge von über der Lauflänge zunehmenden Strömungsverlusten abflachen.The exhaust turbine 8th includes a housing 14th , which inter alia with a housing section, not shown, a receiving space 15th limited, within which the turbine runner 11th rotatable about an axis of rotation 17th is stored (cf. 3 and 4th ). The case 14th further limits two separate inlet ducts 16 , each having an annular volute section 18th include that of the recording room 15th completely surrounds, the volute sections 18th radially inside completely into the receiving space 15th go over so that between the individual volute sections 18th and the recording room 15th in each case a ring-shaped circumferential mouth opening 19th is trained. The inlet ducts 16 furthermore each comprise one at least in the transition to the associated volute section 18th approximately straight inlet section 20th , which is tangential to the associated volute section 18th merges, with an inlet opening (not visible) being formed in each case in the area of this transition. According to the invention it is provided that the inlet sections 20th and in particular also the associated inlet openings of the two inlet channels 16 are arranged rotatably offset from one another by 180 °. This ensures that an exhaust surge emanates from one of the combustion chambers 4th of the internal combustion engine 1 was emitted and the associated exhaust gas flood 21 into one of the inlet ducts 16 has flowed, the associated volute section 18th and / or the turbine runner 11th must flow through half of the circumference before it enters the inlet section as a result of a corresponding, temporary pressure gradient 20th of the other inlet port 16 and from this via an associated exhaust gas flow 21 of the exhaust system 9 in at least one of the other combustion chambers 4th can spread (see the 3 drawn flow guide). By such relatively long run lengths for out of the combustion chambers 4th of the internal combustion engine 1 Exhaust gas surges can cause so-called crosstalk between the combustion chambers 4th should be minimized as much as possible. This is due to the fact that the pressure wave comes from one of the combustion chambers 4th originating to one or more other combustion chambers 4th backflowing exhaust shock only then to the exhaust valves 10 this combustion chamber 4th or these combustion chambers 4th occurs when these exhaust valves 10 (already again or still) are relatively largely or completely closed. In addition, relatively long run lengths for the exhaust impacts lead to the corresponding pressure waves flattening out as a result of flow losses that increase over the run length.

Um ein Übersprechen möglichst effektiv zu minimieren ist vorgesehen, die insgesamt vier Brennräume 4 unter Berücksichtigung der für die Brennräume 4 vorgesehenen Zündfolge (1-3-4-2); d.h. Reihenfolge der Einleitung der Verbrennungsprozesse zuerst in dem Brennraum 4a, dann in dem Brennraum 4c, dann in dem Brennraum 4d und abschließend in dem Brennraum 4b) derart zu gruppieren, dass jeweils zwei Brennräume 4 einer der zwei Abgasfluten 21 zugeordnet sind, wobei die Brennräume 4 der jeweiligen Gruppen durch einen Brennraum 4 der jeweiligen anderen Gruppe hinsichtlich der Zündfolge separiert sind. Dementsprechend verbindet bei der Brennkraftmaschine gemäß der 1 eine der Abgasfluten 21 die Brennräume 4a und 4d mit einem der Einlasskanäle 16 der Abgasturbine 8 und die andere der Abgasfluten 21 die Brennräume 4b und 4c mit dem anderen der Einlasskanäle 16 der Abgasturbine 8.In order to minimize crosstalk as effectively as possible, a total of four combustion chambers is provided 4th taking into account the for the combustion chambers 4th intended firing order (1-3-4-2); that is, the sequence in which the combustion processes are initiated first in the combustion chamber 4a , then in the combustion chamber 4c , then in the combustion chamber 4d and finally in the combustion chamber 4b ) to be grouped in such a way that two combustion chambers 4th one of the two exhaust gas flows 21 are assigned, the combustion chambers 4th of the respective groups through a combustion chamber 4th the respective other group are separated with regard to the firing order. Accordingly, connects in the internal combustion engine according to FIG 1 one of the exhaust gas flows 21 the combustion chambers 4a and 4d with one of the inlet ports 16 the exhaust turbine 8th and the other of the exhaust gas flows 21 the combustion chambers 4b and 4c with the other of the inlet ports 16 the exhaust turbine 8th .

Die 5 zeigt die sich aus der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Abgasturbine 8 ergebenden Vorteile hinsichtlich des Übersprechens zwischen den Brennräumen 4 einer diese Abgasturbine 8 umfassenden Brennkraftmaschine (gemäß der 1). Die 5 zeigt in einem Diagramm einerseits den Verlauf 22 des Ventilhubs h des oder der Auslassventile 10 und den Verlauf 23 des Ventilhubs h des oder der Einlassventile 7, die einem konkret betrachteten Brennraum 4 der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, jeweils über dem Drehwinkel α (in °KW) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Weiterhin ist in dem Diagramm der (gestrichelt gezeichnete) Verlauf 24 des Massenstroms ṁ (in g/s) von Abgas in derjenigen Abgasflut 21, die mit dem betrachteten Brennraum 4 verbunden ist, sowie ein entsprechender (durchgehend gezeichneter) Verlauf 25 bei einer Brennkraftmaschine, die eine konventionelle TwinScroll-Abgasturbine umfasst, ansonsten jedoch identisch ausgebildet ist, dargestellt. In dem Diagramm ist zudem ein (gestrichelt gezeichneter) Verlauf 26 eines Drucks p_A (in bar) in der betrachteten Abgasflut 21 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sowie ein entsprechender (durchgehend gezeichneter) Verlauf 27 für die zum Vergleich herangezogene Brennkraftmaschine gezeigt. Und schließlich ist in der 5 jeweils ein Verlauf 28, 29 des Drucks p_F des Frischgases in dem Frischgasstrang 5 in unmittelbarer Nähe zu den Einlassventilen 7 für einerseits die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine (gestrichelt gezeichneter Verlauf 28) und andererseits für die zum Vergleich herangezogene Brennkraftmaschine (durchgehend gezeichneter Verlauf 29) dargestellt.the 5 shows the embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention 8th resulting advantages in terms of crosstalk between the combustion chambers 4th one of these exhaust gas turbines 8th comprehensive internal combustion engine (according to the 1 ). the 5 shows in a diagram on the one hand the course 22nd of the valve lift h of the exhaust valve or valves 10 and the course 23 of the valve lift h of the intake valve or valves 7th that one specifically considered combustion chamber 4th are assigned to the internal combustion engine, in each case over the angle of rotation α (in ° KW) of the crankshaft of the internal combustion engine. Furthermore, the curve (shown in dashed lines) is shown in the diagram 24 of the mass flow ṁ (in g / s) of exhaust gas in that exhaust gas flow 21 that with the considered combustion chamber 4th is connected, as well as a corresponding (continuously drawn) course 25th in the case of an internal combustion engine that includes a conventional TwinScroll exhaust gas turbine, but is otherwise of identical design. The diagram also shows a curve (shown in dashed lines) 26th a pressure p _A (in bar) in the exhaust gas flow under consideration 21 of the internal combustion engine according to the invention as well as a corresponding (continuously drawn) course 27 for the internal combustion engine used for comparison. And finally in the 5 one course each 28 , 29 the pressure p _{F of} the fresh gas in the fresh gas line 5 in close proximity to the inlet valves 7th for on the one hand the internal combustion engine according to the invention (curve drawn in dashed lines 28 ) and on the other hand for the internal combustion engine used for comparison (continuous curve 29 ) shown.

In dem Diagramm der 5 ist in dem Bereich um 360°KW mittels eines Rechtecks ein Abschnitt der Verläufe hervorgehoben, in dem sich ein Übersprechen eines zu dem betrachteten Brennraum 4 benachbarten Brennraums 4, der mit der anderen Abgasflut 21 verbunden ist, auswirkt. Zu erkennen ist, dass sich in diesem zeitlichen Abschnitt ein negatives Spülgefälle (d.h. bei fluidleitender Verbindung ist ein Überdruck in der mit dem betrachteten Brennraum 4 verbundenen Abgasflut 21 im Vergleich zu dem Druck in dem Frischgasstrang 5 gegeben) einstellt, weil das oder die Auslassventile 10 des betrachteten Brennraums 4 noch nicht vollständig geschlossen, in dieser Phase aber die Auslassdruckwelle des zuvor ausstoßenden Zylinders in den Abgastrakt einläuft, und das oder die dazugehörigen Einlassventile 7 bereits schon teilweise geöffnet sind. Dieses negative Spülgefälle führt zu einem negativen Abgasmassenstrom ṁ und folglich zu einem Rückströmen von Abgas aus der Abgasflut 21 in den betrachteten Brennraum 4. Zu erkennen ist in dem Diagramm der 5 weiterhin, dass der Druck in der Abgasflut 21 bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine insgesamt flacher verläuft, d.h. geringere Spitzenwerte erreicht. Dabei ergibt sich insbesondere ein deutlich reduzierter Spitzendruck in dem hervorgehobenen, durch das Übersprechen beeinflussten Bereich. Zudem kann dem Diagramm der 5 entnommen werden, dass die entsprechende Druckwelle in diesem Abschnitt, die aus einem Ausstoß von Abgas aus dem benachbarten Brennraum 4 resultiert, zeitlich verzögert einsetzt und sich somit erst bei weiter geschlossenen Auslassventilen 10 auswirken kann. Im Ergebnis kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abgasturbine 8, die größere Lauflängen für Abgasstöße bewirkt, die Menge des in den betrachteten Brennraum 4 zurückströmenden Abgases und damit das Übersprechen zwischen den Brennräumen 4 deutlich reduziert werden.In the diagram of the 5 a section of the course is highlighted in the area around 360 ° CA by means of a rectangle in which there is crosstalk between a combustion chamber and the combustion chamber under consideration 4th adjacent combustion chamber 4th that with the other exhaust gas flow 21 connected affects. It can be seen that in this time segment there is a negative scavenging gradient (ie in the case of a fluid-conducting connection there is an overpressure in the combustion chamber in question 4th connected exhaust gas flow 21 compared to the pressure in the fresh gas line 5 given) because the exhaust valve or valves 10 of the combustion chamber under consideration 4th not yet fully closed, but in this phase the exhaust pressure wave of the previously exhausting cylinder enters the exhaust tract, and the associated intake valve or valves 7th are already partially open. This negative scavenging gradient leads to a negative exhaust gas mass flow ṁ and consequently to a return flow of exhaust gas from the exhaust gas flow 21 into the combustion chamber under consideration 4th . The diagram shows the 5 continues that the pressure in the exhaust gas flow 21 in the case of the internal combustion engine according to the invention, it is flatter overall, ie lower peak values are reached. In particular, this results in a significantly reduced peak pressure in the highlighted area influenced by the crosstalk. In addition, the diagram of the 5 it can be seen that the corresponding pressure wave in this section, resulting from an ejection of exhaust gas from the adjacent combustion chamber 4th results, starts with a time delay and therefore only occurs when the exhaust valves are still closed 10 can affect. As a result, the design of the exhaust gas turbine according to the invention 8th , which causes longer run lengths for exhaust impacts, the amount of in the considered combustion chamber 4th back-flowing exhaust gas and thus the crosstalk between the combustion chambers 4th can be significantly reduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: VerbrennungsmotorInternal combustion engine
22: Zylindercylinder
33: KolbenPistons
44th: BrennraumCombustion chamber
4a4a: erster Brennraumfirst combustion chamber
4b4b: zweiter Brennraumsecond combustion chamber
4c4c: dritter Brennraumthird combustion chamber
4d4d: vierter Brennraumfourth combustion chamber
55: FrischgasstrangFresh gas line
66th: FrischgasverdichterFresh gas compressor
77th: EinlassventilInlet valve
88th: AbgasturbineExhaust turbine
99: AbgasstrangExhaust system
1010: Auslassventiloutlet valve
1111th: TurbinenlaufradTurbine runner
1212th: Wellewave
1313th: VerdichterlaufradCompressor impeller
1414th: Gehäuse der AbgasturbineHousing of the exhaust gas turbine
1515th: Aufnahmeraum der AbgasturbineReceiving space for the exhaust gas turbine
1616: Einlasskanal der AbgasturbineInlet duct of the exhaust gas turbine
1717th: Rotationsachse des TurbinenlaufradsAxis of rotation of the turbine impeller
1818th: Volutenabschnitt des EinlasskanalVolute section of the inlet channel
1919th: Mündungsöffnung der AbgasturbineMuzzle opening of the exhaust gas turbine
2020th: Einlassabschnitt des EinlasskanalInlet section of the inlet duct
2121: AbgasflutExhaust gas flood
2222nd: Verlauf des Ventilhubs eines AuslassventilsCourse of the valve lift of an exhaust valve
2323: Verlauf des Ventilhubs eines EinlassventilsCourse of the valve lift of an intake valve
2424: Verlauf des Massenstroms von Abgas in einer Abgasflut einer erfindungsgemäßen BrennkraftmaschineCourse of the mass flow of exhaust gas in an exhaust gas flow of an internal combustion engine according to the invention
2525th: Verlauf des Massenstroms von Abgas in einer Abgasflut einer für einen Vergleich herangezogenen, konventionellen BrennkraftmaschineCourse of the mass flow of exhaust gas in an exhaust gas flood of a conventional internal combustion engine used for a comparison
2626th: Verlauf des Drucks des Abgases in der Abgasflut der erfindungsgemäßen BrennkraftmaschineCourse of the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas flow of the internal combustion engine according to the invention
2727: Verlauf des Drucks des Abgases in der Abgasflut der für den Vergleich herangezogenen, konventionellen BrennkraftmaschineCourse of the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas flow of the conventional internal combustion engine used for the comparison
2828: Verlauf des Drucks von Frischgas in dem Frischgasstrang der erfindungsgemäßen BrennkraftmaschineCourse of the pressure of fresh gas in the fresh gas line of the internal combustion engine according to the invention
2929: Verlauf des Drucks von Frischgas in dem Frischgasstrang der für den Vergleich herangezogenen, konventionellen BrennkraftmaschineCourse of the pressure of fresh gas in the fresh gas line of the conventional internal combustion engine used for the comparison

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102008020406 A1 [0007]
DE 102010022092 A1 [0008]

Claims

Exhaust gas turbine (8) with a housing (14) and a turbine runner (11) rotatably arranged around an axis of rotation (17) within a receiving space (15) delimited by the housing (14), the housing (14) having at least two separate inlet ducts (16 ), which each have a volute section (18) wrapping around the receiving space (15) and opening into the receiving space (15), the volute sections (18) each forming an inlet opening, characterized in that in each case an opening (19), which in the transition between the volute section (18) of the respective inlet channel (16) and the receiving space (15), surrounds the turbine runner (11) over an angle of at least 300 ° or at least 330 ° and surrounds the inlet openings of the volute sections (18) are arranged at an angle with respect to the axis of rotation (17) of at least 90 ° or of at least 120 ° rotatably offset from one another.

Exhaust turbine (8) according to Claim 1 , characterized in that the volute sections (18) each completely surround the receiving space (15).

Exhaust turbine (8) according to Claim 2 , characterized in that the mouth openings (19) completely surround the turbine runner (11).

Exhaust gas turbine (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings of the volute sections (18) are arranged rotatably offset from one another by 180 °.

The exhaust gas turbine (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings are arranged in the region of a transition from an inlet section (20) of the respective inlet channel (16) to the associated volute section (18), the inlet sections (20) being tangential in the respective Pass over the associated volute section (18).

Internal combustion engine with an internal combustion engine (1), which forms at least two combustion chambers (4), and with an exhaust gas line (9), characterized in that the exhaust gas line (9) comprises an exhaust gas turbine (8) according to one of the preceding claims, the two combustion chambers (4) are each connected to one of the inlet openings of the exhaust gas turbine (8) via a separate exhaust gas flow (21).

Internal combustion engine according to Claim 6 , characterized in that the internal combustion engine (1) has at least three or at least four combustion chambers (4) with a defined ignition sequence, a first group of the combustion chambers (4) being connected to a first of the exhaust gas flows (21) and a second group of the combustion chambers (4) is connected to a second of the exhaust gas flows (21), with several combustion chambers (4) of at least one or each of the groups being separated with regard to the ignition sequence by one or more combustion chambers (4) of the respective other group.